CN112542299B - 直流输电换流阀用饱和电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电换流阀用饱和电抗器，该直流输电换流阀包括水路并联连接的晶闸管级和饱和电抗器，饱和电抗器具有水路进口和水路出口，水路进口和水路出口之间形成的压力差与并联的晶闸管级水路的压力差相同；饱和电抗器包括：由中空的导线绕制成环状的线圈，线圈具有相对的第一出线端头和第二出线端头，自第一出线端头至第二出线端头之间的导线中流通有冷却液；多个铁芯，多个铁芯间隔一定间距套设在线圈上，相邻两个铁芯之间设置有绝缘垫块；分体式壳体，分体式壳体通过连接组件形成一个包容线圈和铁芯容纳腔。本发明提供的直流输电换流阀用饱和电抗器能够较佳地适用于采用水路并联连接的晶闸管级和饱和电抗器的场景。

Description

直流输电换流阀用饱和电抗器

技术领域

本发明涉及电力系统元器件技术领域，特别涉及一种直流输电换流阀用饱和电抗器。

背景技术

饱和电抗器是高压直流输电换流阀的关键零部件，其在换流阀开通的极短时间段内承担着限制晶闸管开通电流上升率，以及阻尼杂散电容带来的电磁振荡的功能。

现有的直流输电换流阀用饱和电抗器主要有以下几种方式。方式一：采用一对铁芯与多匝线圈耦合的方式；方式二：固定线圈匝数，调节铁芯的对数，将耦合铁芯的线圈置入上下盖内来实现模块设计；方式三：固定铁芯的对数，调节线圈匝数，同时配有二次绕组和阻尼，并且铁芯和线圈都是单独通过水冷设计，铁芯和线圈都置于空气中。整体上，现有的电抗器的上述几种方式都有一定的适用条件或者存在一定的缺陷，无法较佳的满足换流阀的使用需求。例如，适用于原有大组件换流阀(阀模块采用水路并联的晶闸管级和饱和电抗器)用的饱和电抗器，大多采用方式三进行设置，但是由于其铁芯和线圈等都裸露在空气中，长时间运行后，可能会出现接头漏水、线缆磨损放电、铁芯下沉等问题。

现有技术中，针对现有电抗器的不足，也提出了一些改进方案。例如，铁芯采用上下U型结构成对扣接在线圈的内外壁之间形成封闭耦合，所述扣接处的间隙设有可调节厚度的气隙垫，在线圈的轴向设置有多对所述封闭耦合的铁芯；每对铁芯在线圈的周向之间用垫块隔开。整体上，该电抗器采用了模块化设计，结构简单。

然而，上述电抗器由于采用的是圆形的大孔径线圈，其主要适用于阀模块中晶闸管级水路和饱和电抗器水路为串联连接的场景。对于阀模块中晶闸管级水路和饱和电抗器水路并联连接的场景，亟待提供一种相适用的电抗器。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种直流输电换流阀用饱和电抗器，该直流输电换流阀用饱和电抗器能够较佳地适用于阀模块晶闸管级水路与饱和电抗器水路并联连接的场景。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种直流输电换流阀用饱和电抗器，所述直流输电换流阀包括水路并联连接的晶闸管级和饱和电抗器，所述饱和电抗器具有水路进口和水路出口，所述水路进口和所述水路出口之间形成的压力差与并联的晶闸管级水路的压力差相同；所述饱和电抗器包括：整体由中空的导线绕制成环状的线圈，所述线圈具有相对的第一出线端头和第二出线端头，自所述第一出线端头至所述第二出线端头之间的导线中流通有冷却液，所述环状的线圈具有相对的长边侧和短边侧；多个铁芯，所述多个铁芯间隔一定间距套设在所述线圈上，相邻两个所述铁芯之间设置有绝缘垫块；分体式壳体，所述分体式壳体通过连接组件形成一个包容所述线圈和铁芯容纳腔。

在一个优选的实施方式中，所述线圈呈椭圆环形或类椭圆形。

在一个优选的实施方式中，所述线圈采用中空的铝管绕制。

在一个优选的实施方式中，所述线圈具有相对的第一出线端头和第二出线端头，所述第一出线端头连接有第一母排端子，所属第二出线端头连接有第二母排端子，所述第一母排端子和第二母排端子位于所述线圈的同一长边侧且所述第一母排端子和第二母排端子连接表面位于同一水平面中。

在一个优选的实施方式中，所述第一出线端头以及所述第二出线端头焊接有螺纹套。

在一个优选的实施方式中，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体面对所述下壳体的边缘设置有第一配合部，所述下壳体面对所述上壳体的边缘设置第二配合部，所述第一配合部与所述第二配合部相配合能形成扣合结构。

在一个优选的实施方式中，所述第一配合部和第二配合部为自壳体边沿向外形成的凸起。

在一个优选的实施方式中，所述壳体的外侧壁上形成有多个安装部，所述安装部中设置有通孔，所述连接组件包括：穿设在所述通孔中用于夹紧所述上壳体和所述下壳体的绝缘螺杆，设置在所述绝缘螺杆一端的绝缘螺母。

在一个优选的实施方式中，所述绝缘垫块面对所述壳体的一侧为顶面，所述顶面与所述铁芯的顶面齐平或相接近，所述绝缘垫块与所述壳体之间还设置有与所述线圈的形状相匹配的绝缘垫板。

本申请实施方式中所提供的直流输电换流阀的饱和电抗器，其是专门针对阀模块内部晶闸管级水路并联连接，且阀模块和饱和电抗器也为水路并联连接的直流输电换流阀而设置的，该饱和电抗器的水路进口和所述水路出口之间形成的压差与并联的晶闸管级水路的压力差相同。其中，为了适应压上述压差的要求，对线圈的形状和相关的性能参数进行了改进。此外，为了简化该电抗器的结构，其利用了中空的导线形成降温水路，取消了原有分支水路、二次电缆、二次电阻的设计，并且将铁芯完全封装于壳体内部，降低了饱和电抗器制造时的装配难度，消除了水嘴接头漏水、二次电缆磨损、铁芯下沉等隐患，使用时具有良好的散热性能和可靠的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明对进一步说明。

图1是本申请实施方式中提供的直流输电换流阀用饱和电抗器主视图；

图2是本申请实施方式中提供的直流输电换流阀用饱和电抗器俯视图；

图3是本申请实施方式中提供的直流输电换流阀用饱和电抗器左视图；

图4是本申请实施方式中提供的直流输电换流阀用饱和电抗器爆炸图；

图5是本申请实施方式中提供的直流输电换流阀用饱和电抗器线圈的结构示意图。

附图标记说明：

1、线圈；2、铁芯；3、绝缘垫块；4、绝缘垫板；5、母排端子；6、螺纹套；7、上壳体；8、下壳体；9、绝缘螺杆；10、绝缘螺母；11、隆起；12、凸起。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

对于晶闸管与阀模块水路串联连接的换流阀而言，其对电抗器的要求主要包括：

1)、电抗器的流量很大(一般为并联水路电抗器的5-10倍)，该流量和流过晶闸管阀模块的流量相同；

2)、电抗器在设计流量下的进、出水口压力差很小。

而本申请中针对晶闸管级与饱和电抗器水路并联连接的换流阀的场景，其对电抗器的要求主要包括：

1)、由于并联的分流作用，电抗器的流量较小，为流过晶闸管模块流量的1/N(其中，N为并联支路的个数)，且能够满足电抗器的散热要求；

2)、电抗器在设计流量下的进、出水口压力差较大，要和其他并联的晶闸管级支路(散热器-水电阻)的压力差相同。

本申请说明书中提供了一种直流输电换流阀用饱和电抗器，该直流输电换流阀用饱和电抗器主要适用于采用水路并联连接的晶闸管级和饱和电抗器的场景。

请参阅图1至图5，本申请说明书实施方式中提供了一种直流输电换流阀用饱和电抗器，用于晶闸管级和饱和电抗器并联连接的场景。

该直流输电换流阀用饱和电抗器可以主要包括：线圈1、铁芯2、绝缘垫块3、绝缘垫板4、母排端子5、壳体、连接组件。

在本说明书中，该线圈1可以由导线绕制成环状。具体的，为了保证电抗器具有较大的电阻，该导线可以为中空的铝线。

在一个实施方式中，所述线圈1呈椭圆环形或类椭圆形。其中，如图5所示，类椭圆形的线圈1可以为中间是两段相互平行且长度相等的直线段，该平行的直线段通过两个半圆过渡连接。

在本实施方中，由于该线圈1为非圆形，因此，在绕制该线圈1时，需要选用特殊的绕线设备。当该线圈1选用呈椭圆形结构或者类椭圆结构时，其具有相对的长边侧和短边侧。考虑到现有的阀模块电抗器安装空间有限，可以利用该线圈1的短边侧距离短的特性，与阀模块间隔开较大的距离，从而在短边方向实现避开与阀模块放电的风险。此外，由于椭圆形或类椭圆形线圈1较圆形线圈1水阻较大，可以达到增大电抗器水路进口、水路出口压差的目的，以满足晶闸管堆(该晶闸管堆由多个并联连接的晶闸管级组成)和饱和电抗器为并联水路连接的使用场景。

整体上，现有技术中具有圆形线圈1的电抗器而言，为一体浇筑式饱和电抗器，其线圈1的匝数一般在4-5匝，线圈1孔径一般为18mm左右，适用于晶闸管堆和饱和电抗器为串联水路连接的情况。线圈1的匝数跟电抗器的伏秒特性设计和铁芯2设计直接相关，孔径的设计要相对较大，从而使进出水压、力差很小，且满足外部水管接口尺寸。

而在说明书中，为了使得水路进口和水路出口压力差变大，从而满足晶闸管堆和饱和电抗器为并联水路连接的情况，该电抗器的孔径较小，匝数的选取较大。具体的，该线圈1的参数，包括线圈1的匝数、孔径、导线的直径等具体数值，本申请在此并不作唯一的限定，其可以根据实际不同的使用场景需要而作适应性调整，原则上在不改变阀模块原有的流量分布的前提下，选用适应参数即可。实际设计时，通过对线圈1的匝数、孔径及一定的绕线角度下的模型进行反复仿真和试验，使饱和电抗器的水路进口、水路出口压差在低流量下具有较大值，保证数值和并联的晶闸管级水路的压力差相同。

在本说明书中，所述线圈1中空的导线绕制成，该线圈1具有相对的第一出线端头和第二出线端头。自所述第一出线端头至所述第二出线端头之间的导线中流通有冷却液，用于对线圈1进行降温散热。相对于现有的单独设置二次管路对线圈1进行冷却的方式，本申请结构简单，大大降低了制作成本，提高了使用时的可靠性。其中，该冷却液可以为水，当然也可以为其他流体。

进一步的，所述第一出线端头连接有第一母排端子，所属第二出线端头连接有第二母排端子。

如图3所示，由于该饱和电抗器使用在阀模块内晶闸管级为并联水路，且和饱和电抗器水路并联连接的直流输电换流阀，所述第一母排端子和第二母排端子位于所述线圈1的同一长边侧且所述第一母排端子和第二母排端子连接表面位于同一水平面中，从而与换流阀的母排位置相匹配，进而使得该第一母排端子和第二母排端子能够与换流阀的母排直接连接，省去了将两者进行过渡连接的中间母排，从而节约了成本，并且保证换流阀内电磁场不会被改变，同时也降低了母排发热的风险。

在一个具体的实施方式中，所述第一出线端头，以及所述第二出线端头焊接有螺纹套6。该螺纹套6用来连接外部水管，从而向由中空的导线绕制的线圈1通冷却水。相对于现有的单独设置水路的结构，本申请所提供的线圈1结构，取消了多分支水路，结构简单，制作成本低。

在本说明书中，多个铁芯2间隔一定的间距套设在线圈1上。该铁芯2的具体参数本申请在此并不作具体的限定。例如，该铁芯2可以为U形铁芯2，套设在线圈1上。

相邻两个铁芯2之间设置有绝缘垫块3，该绝缘垫块3用于将两个铁芯2间隔开，实现电气绝缘。该绝缘垫块3的材料可以选用现有的绝缘材料，本申请在此也不做具体的限定。

在本说明书中，所述绝缘垫块3面对所述壳体的一侧为顶面，所述顶面与所述铁芯2的顶面齐平或相接近。所述绝缘垫块3与所述壳体之间还设置有与所述线圈1的形状相匹配的绝缘垫板4。该绝缘垫板4主要起缓冲作用，避免铁芯2和壳体直接接触，特别是电抗器震动过程中，若铁芯2与壳体长期接触碰撞容易损坏。

在本说明书中，该线圈1在绕制的过程中，使用的是改进的扎带，该扎带上的销子设置在铁芯2的侧面，而非铁芯2圆弧顶端。现有技术中，由于扎带上的销子设置在铁芯2的顶端，因此其需要将绝缘垫块3的高度设置得比较高，从而避开扎带上的销子。本申请中，扎带销子没有在铁芯2圆弧顶端，稍微偏侧面一点后，可以使得绝缘垫块3高度降低，进而可以优化电抗器的结构，缩小电抗器的尺寸。

在一个实施方式中，所述壳体包括：上壳体7和下壳体8。所述上壳体7面对所述下壳体8的边缘设置有第一配合部。所述下壳体8面对所述上壳体7的边缘设置第二配合部。所述第一配合部与所述第二配合部相配合能形成扣合结构。

在本实施方式中，该分体式的壳体可以包括上下扣合的上壳体7和下壳体8。该上壳体7可以在其下边缘位置设置有第一配合部，该上壳体7可以在其上边缘设置第二配合部。当该上壳体7与该下壳体8对扣时，该第一配合部和第二配合部配合形成扣合结构。具体的，该上壳体7的第一配合部可以包覆盖第二配合部，从而能够在一定程度上达到防尘、防水的效果。在该壳体的一侧，具体的，与该线圈1的长边侧相平行的一侧，可以设置有开孔，该开孔用于引出线圈1的第一螺纹套6和第二螺纹套6。

进一步的，所述第一配合部和第二配合部可以为自壳体边沿向外形成的凸起12。该凸起12不仅可以形成扣合结构，此外，其还可以作为该壳体的加强部，提高整个壳体的强度。

进一步的，所述壳体的外侧壁上形成有多个安装部，所述安装部中设置有通孔。所述连接组件包括：穿设在所述通孔中用于夹紧所述上壳体7和所述下壳体8的绝缘螺杆9，设置在所述绝缘螺杆9一端的绝缘螺母10。

具体的，该扣合后上壳体7和下壳体8可以通过绝缘螺杆9和绝缘螺母10配合进行夹紧。该安装部具体可以为设置在该壳体四个顶角的隆起11，该隆起11中设置有用于穿射绝缘螺杆9的通孔。此外，该隆起11也可以作为该壳体的加强部，提高整个壳体的强度。

发明提供的高压直流输电大组件换流阀的新型饱和电抗器，相对于现有技术而言，取消了原有分支水路、二次电缆、二次电阻的设计，并且将铁芯2完全封装于整个壳体的内部，不仅降低了饱和电抗器制造时的装配难度，而且消除了水嘴接头漏水、二次电缆磨损、铁芯2下沉等隐患。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述直流输电换流阀包括水路并联连接的晶闸管级和饱和电抗器，所述饱和电抗器具有水路进口和水路出口，所述水路进口和所述水路出口之间形成的压差与并联的晶闸管级水路的压力差相同；所述饱和电抗器包括：

整体由中空的导线绕制成环状的线圈，所述线圈具有相对的第一出线端头和第二出线端头，自所述第一出线端头至所述第二出线端头之间的导线中流通有冷却液，所述环状的线圈具有相对的长边侧和短边侧；所述第一出线端头连接有第一母排端子，所属第二出线端头连接有第二母排端子，所述第一母排端子和第二母排端子位于所述线圈的同一长边侧且所述第一母排端子和第二母排端子连接表面位于同一水平面中；

多个铁芯，所述多个铁芯间隔一定间距套设在所述线圈上，相邻两个所述铁芯之间设置有绝缘垫块；

分体式壳体，所述分体式壳体通过连接组件形成一个包容所述线圈和铁芯容纳腔。

2.如权利要求1所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述线圈呈椭圆环形或类椭圆形。

3.如权利要求2所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述线圈采用中空的铝管绕制。

4.如权利要求1所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述第一出线端头以及所述第二出线端头焊接有螺纹套。

5.如权利要求1所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体面对所述下壳体的边缘设置有第一配合部，所述下壳体面对所述上壳体的边缘设置第二配合部，所述第一配合部与所述第二配合部相配合能形成扣合结构。

6.如权利要求5所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述第一配合部和第二配合部为自壳体边沿向外形成的凸起。

7.如权利要求6所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述壳体的外侧壁上形成有多个安装部，所述安装部中设置有通孔，

所述连接组件包括：穿设在所述通孔中用于夹紧所述上壳体和所述下壳体的绝缘螺杆，设置在所述绝缘螺杆一端的绝缘螺母。

8.如权利要求1所述的直流输电换流阀用饱和电抗器，其特征在于，所述绝缘垫块面对所述壳体的一侧为顶面，所述顶面与所述铁芯的顶面齐平或相接近，所述绝缘垫块与所述壳体之间还设置有与所述线圈的形状相匹配的绝缘垫板。

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